WO2016185512A1 - アームロボット - Google Patents

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WO2016185512A1
WO2016185512A1 PCT/JP2015/064023 JP2015064023W WO2016185512A1 WO 2016185512 A1 WO2016185512 A1 WO 2016185512A1 JP 2015064023 W JP2015064023 W JP 2015064023W WO 2016185512 A1 WO2016185512 A1 WO 2016185512A1
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arm
motor
arm robot
gear mechanism
belt
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Inventor
森　一明
Original Assignee
富士機械製造株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints

Definitions

  • the present invention relates to an arm robot.
  • a power transmission unit that drives a second wrist element includes a gear set that orthogonally decelerates and a second wrist motor, and drives a third wrist element that is a tip.
  • a gear set for orthogonal reduction and a third reduction part for reducing the rotation of the third wrist motor has been proposed (for example, see Patent Document 1).
  • this arm robot it is possible to suppress a decrease in power transmission efficiency.
  • one that rotates an arm by a mechanism having a motor, a ball screw, and a belt has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • the rotation of the arm can be controlled by a simple speed reducer.
  • JP 2014-213437 A Japanese Patent Laid-Open No. 6-15687
  • the arm robot described in Patent Document 1 tries to suppress a decrease in transmission efficiency, but the arm is thick and it is desired to further reduce the size of the arm.
  • the arm robot described in Patent Document 2 decelerates with a simple structure by a belt mechanism. However, since all the arms are driven by the belt mechanism, a deviation occurs during rotational driving such as extension of the belt mechanism. As a result, misalignment was accumulated up to the tip, and sufficient operation accuracy could not be ensured.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and a main object of the present invention is to provide an arm robot that is more compact on the front end side for working on a work target and that can sufficiently ensure operation accuracy. To do.
  • the present invention adopts the following means in order to achieve the main object described above.
  • the arm robot of the present invention is A tip for working on the article to be worked; A first motor, a ball screw having a shaft disposed in the axial direction of the first motor, a pulley having the tip portion disposed thereon, and spanning the pulley and including the first motor and the ball screw.
  • a first arm having a belt connected to the ball screw and moving in the axial direction of the first motor and provided with a first drive unit that rotationally drives the tip part;
  • a second arm having any one of the mechanisms and provided with a second drive unit that rotationally drives the first arm; It is equipped with.
  • the first arm on the distal end side is provided with a first drive unit that is rotationally driven by a belt including a motor and a ball screw, so that the first arm can be made thinner.
  • the second arm provided with the first arm is provided with a second drive unit having a bevel gear mechanism that can be reduced in the orthogonal direction and made compact in the rotation axis direction.
  • the operation accuracy can be ensured.
  • the second arm provided with the first arm is provided with a second drive unit having a wave gear mechanism that decelerates by the difference between an ellipse and a perfect circle, thereby achieving compactness and ensuring operation accuracy. can do. For this reason, in this arm robot, the tip side working on the work target is more compact, and sufficient operation accuracy can be ensured.
  • the belt may be a carbon belt.
  • the operation accuracy of the first arm can be further ensured by using the carbon belt.
  • This carbon belt may have a carbon core wire inside a resin (for example, high-strength urethane or high-strength nylon).
  • the tip portion may be provided with either a sampling member for sucking and collecting the article or a sampling member for gripping and collecting the article. With this arm robot, an article can be collected by suction or gripped.
  • an irradiation unit that irradiates light to the work target and an imaging unit that images the work target may be disposed at the tip.
  • the work can be performed while confirming the work object by the irradiation unit and the imaging unit.
  • the second arm is either a bevel gear mechanism that orthogonally reduces the driving force of the third motor or a wave gear mechanism that reduces the driving force of the third motor by the differential between an ellipse and a perfect circle. It is good also as what is arrange
  • the first drive unit may be configured such that the shaft of the first motor and the shaft of the ball screw are directly connected. In this arm robot, since a gear or the like is not interposed between the first motor and the ball screw, the arm robot can be made more compact.
  • the first drive unit may include a brake unit in the first motor. In this arm robot, since it can be fixed by the brake part at the time of a stop, the movement of a front-end
  • FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an arm robot 1.
  • FIG. Explanatory drawing of the 1st drive part 11 with which the 1st arm 10 is provided.
  • the block diagram showing the electrical connection relation of the arm robot.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an arm robot 1 which is an example of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the first drive unit 11 provided in the first arm 10.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the second drive unit 21 provided in the second arm 20.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the electrical connection relationship of the arm robot 1. Since the arm robot 1 is movable in all directions, there is no specific direction to be fixed. However, for convenience of explanation, the left-right direction (X-axis), the front-rear direction (Y-axis), and the up-down direction (Z-axis) are In the following, description will be made assuming that it is as shown in FIGS.
  • the arm robot 1 is configured as a device that performs a predetermined work on an object to be worked.
  • the article to be worked on is not particularly limited, and examples thereof include various parts such as mechanical parts, electrical parts, electronic parts, chemical parts, foods, biotechnology, biological items, and the like.
  • Examples of the predetermined work include a process of collecting, moving, and arranging from an initial position to a predetermined position, and a process of deforming, connecting, and joining a predetermined part.
  • the arm robot 1 will be described below assuming that it mainly executes a process of placing electronic components from an initial position to a predetermined position.
  • the arm robot 1 includes a first arm 10, a second arm 20, a third support part 30, a pedestal part 40, a tip part 50, and a control part 60 (see FIG. 4).
  • the first arm 10 is a longitudinal member in which a distal end portion 50 for working on an article to be worked is disposed.
  • the first arm 10 is provided therein with a first drive unit 11 that rotationally drives the tip 50.
  • the first drive unit 11 includes a first motor 12, a shaft 13, a ball screw 14, a first pulley 15, a second pulley 16, a belt 17, and a slide 18. I have.
  • the first motor 12 is a power source that rotationally drives the distal end portion 50, and its rotation shaft is disposed in the longitudinal direction of the first arm 10 (the front-rear direction in FIGS. 1 and 2).
  • a brake unit 19 is disposed at the rear end of the first motor 12, and the rotation of the rotating shaft is fixed by the brake unit 19 even when power supply to the first motor 12 is stopped.
  • the ball screw 14 is provided with a shaft 13 in the rotation axis direction of the first motor 12, and the slide 18 moves in the front-rear direction as the shaft 13 rotates.
  • the shaft 13 is directly connected to the rotation shaft of the first motor 12.
  • the first pulley 15 in which the distal end portion 50 is disposed is disposed on the distal end side
  • the second pulley 16 is disposed on the rear end side.
  • the first pulley 15 and the second pulley 16 are pivotally supported by the housing of the first arm 10 so as to be rotatable.
  • a base portion 51 of the distal end portion 50 is disposed so as to be rotatable with respect to the first arm 10.
  • the belt 17 is stretched around the first pulley 15 and the second pulley 16.
  • the belt 17 is preferably formed of a material that does not easily expand and contract from the viewpoint of ensuring operation accuracy.
  • the belt 17 may be a carbon belt.
  • the carbon belt may have a carbon core wire inside a resin (for example, high-strength urethane or high-strength nylon).
  • a slide 18 connected to the ball screw 14 is fixed to the belt 17. In the first drive unit 11, when the shaft 13 is rotationally driven by the first motor 12, the slide 18 moves in the longitudinal direction of the shaft 13 via the ball screw 14.
  • the belt 17 slides in the front-rear direction, and the linear movement of the belt 17 is converted into a rotational motion via the first pulley 15, and the tip 50 Rotate.
  • the belt 17 encloses the first motor 12, the shaft 13, and the ball screw 14 inside the first pulley 15 and the second pulley 16. For this reason, the first arm 10 is made more compact than that in which the first motor 12 and the ball screw 14 are provided outside the belt 17.
  • the second arm 20 is a longitudinal member in which the first arm 10 is disposed as shown in FIG.
  • the second arm 20 is provided with a second drive unit 21 that rotationally drives the first arm 10 on the distal end side thereof.
  • the second drive unit 21 includes a bevel gear mechanism 23 on which the first arm 10 is disposed.
  • the bevel gear mechanism 23 is a gear mechanism that orthogonally reduces the driving force of the second motor 22.
  • the bevel gear mechanism 23 meshes with a pinion 24 of a spiral bevel gear (spiral bevel gear), a first gear 25 formed with teeth meshing with a spiral bevel of the pinion 24, and teeth provided on the shaft of the first gear 25.
  • a second gear 26 is a longitudinal member in which the first arm 10 is disposed as shown in FIG.
  • the second arm 20 is provided with a second drive unit 21 that rotationally drives the first arm 10 on the distal end side thereof.
  • the second drive unit 21 includes a bevel gear mechanism 23 on which the first arm 10 is disposed.
  • the pinion 24 is fixed to the rotating shaft of the second motor 22 and transmits a driving force to the first gear 25 that is pivotally supported in a direction orthogonal to the rotating shaft.
  • the bevel gear mechanism 23 is a bevel gear mechanism in which the pinion 24 and the first gear 25 are offset. Since these gears are offset, it is possible to further reduce the size.
  • the first arm 10 is disposed on the second gear 26, and the first arm 10 is rotationally driven by the driving force of the first gear 25.
  • the second arm 20 includes the bevel gear mechanism 23 with the axial direction of the second motor 22 as the longitudinal direction, and thereby accommodates the second motor 22 therein.
  • the third arm 30 is provided with the second arm 20.
  • the third support part 30 is provided with a third drive part 31 for rotating the second arm 20 on the distal end side thereof.
  • the third drive unit 31 includes a bevel gear mechanism 33 provided with the second arm 20 and a third motor 32 that drives the bevel gear mechanism 33.
  • the third motor 32 has a larger rated output than the second motor 22.
  • the bevel gear mechanism 33 is assumed to be the same mechanism as the bevel gear mechanism 23, and the description thereof is omitted.
  • the pedestal portion 40 supports the third support portion 30 via a support shaft 41 formed in the vertical direction.
  • the pedestal portion 40 is provided with a motor, and the support shaft 41 is rotated by the motor.
  • the front end portion 50 is for working on an object to be worked.
  • the distal end portion 50 includes a base 51, a mounting portion 52, a sampling member 53, an imaging unit 54, and a drive portion 58.
  • the base 51 is disposed on the first pulley 15 of the first arm 10, and a flat plate-shaped disposing part 51 a is formed on the tip side thereof.
  • a mounting portion 52 and an imaging unit 54 are disposed on the lower surface of the placement portion 51a.
  • the mounting part 52 is detachably mounted with a sampling member 53 for sampling an article.
  • the sampling member 53 is configured as, for example, a mechanical chuck that has a plurality of claw portions and grips and samples an article.
  • the sampling member 53 is driven by the drive unit 58 and rotates together with the mounting unit 52, and performs a gripping operation of the article such as opening and closing of the claw portion.
  • the collection member 53 may be, for example, an adsorption nozzle that adsorbs and collects articles by pressure.
  • the base 51 may have a movable shaft that can change the direction of the arrangement portion 51a, and may be configured so that the direction of the sampling member 53 can be rotated in the vertical direction.
  • the imaging unit 54 includes an irradiation unit 55 and an imaging unit 56.
  • the irradiation unit 55 is, for example, illumination that is arranged in a circular shape on the outer periphery of the imaging unit 56, and irradiates light around the work target article and the work target.
  • the imaging unit 56 is a camera that captures an image of the work target item and the work target.
  • the imaging unit 54 outputs the captured image data to the control unit 60.
  • the control unit 60 is configured as a microprocessor centered on a CPU and controls the entire apparatus.
  • the control unit 60 outputs signals to the first motor 12, the second motor 22, the third motor 32, and the drive unit 58.
  • the control unit 60 inputs a signal from the imaging unit 54.
  • the first drive unit 11, the second drive unit 21, and the third drive unit 31 are equipped with position sensors (not shown), and the control unit 60 inputs each position information from these position sensors while driving each drive. Control the motor of the unit.
  • the control unit 60 grasps the position and direction of the article to be worked using the image captured by the imaging unit 54, and performs predetermined processing on the article. In the arm robot 1, more accurate processing (collection processing and arrangement processing) can be performed on the article.
  • the arm robot 1 is created so that the first arm 10, the second arm 20, and the third support portion 30 can be made as compact in the width direction (left-right direction) as possible.
  • the arm robot 1 employs the belt-driven first drive unit 11 to make the first arm 10 lighter and thinner.
  • the width L1 (FIG. 1) of the first arm 10 may be formed to be 60 mm or less, and may be formed to be 50 mm or less.
  • the first arm 10 may have a width excluding wiring of 50 mm or less, and may be 40 mm or less.
  • the arm robot 1 employs the second drive unit 21 and the third drive unit 31 of the bevel gear mechanism, thereby ensuring the output capable of holding the mass on the distal end side and the positional accuracy and reducing the size. It is said.
  • the width L2 of the second arm 20 may be formed to be 100 mm or less, and may be formed to be 90 mm or less.
  • the second arm 20 can be formed to have a width excluding wiring of 90 mm or less, or can be formed to 80 mm or less.
  • the width L3 of the third support part 30 can be formed to be 70 mm or less, or can be formed to be 60 mm or less.
  • the tip 50 can be formed with a width L0 of 40 mm.
  • the pedestal portion 40 can be formed with a width L4 of 150 mm or less.
  • the distal end portion 50 corresponds to the distal end portion
  • the first arm 10 corresponds to the first arm
  • the first drive portion 11 corresponds to the first drive portion
  • the second arm 20 corresponds to the second arm.
  • the second drive unit 21 corresponds to the second drive unit
  • the third drive unit 31 corresponds to the third drive unit.
  • the first arm 10 on the distal end side includes the first drive unit 11 that is rotationally driven by the belt 17 including the first motor 12 and the ball screw 14. It is possible to make the first arm 10 thinner, and it is possible to combine force and speed.
  • the second arm 20 provided with the first arm 10 includes a second drive unit 21 having a bevel gear mechanism 23 that can be reduced in the orthogonal direction and can be made compact in the rotation axis direction. Therefore, it is possible to achieve compactness and ensure operation accuracy. Therefore, in the arm robot 1, the first arm 10 on the distal end side that works on the work target is more compact and lightweight, and the second arm 20 and the third support unit 30 that support the first arm 10 operate on the first arm 10. Sufficient accuracy can be secured.
  • the arm robot 1 is less stretched and contracted, and the operation accuracy of the first arm 10 can be further ensured. Furthermore, since the arm robot 1 is provided with the collection member 53 for grasping and collecting the article at the distal end portion 50, the arm robot 1 can grasp and collect the article. Furthermore, the arm robot 1 is provided with an irradiation unit 55 that irradiates light on the work target and an imaging unit 56 that images the work target at the distal end portion 50, so that the work target is confirmed Work can be done. Since the arm robot 1 includes the third drive unit 31 having the bevel gear mechanism 33, it is possible to achieve compactness and ensure operation accuracy even in the portion where the second arm 20 is disposed.
  • the first drive unit 11 is directly connected to the rotation shaft of the first motor 12 and the shaft 13 of the ball screw 14, there is no gear between the first motor 12 and the ball screw 14. Can be achieved.
  • the 1st drive part 11 is provided with the brake part 19 in the 1st motor 12, and can be fixed by the brake part 19 at the time of a stop, the movement of the front-end
  • FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of another arm robot 1B including the wave gear mechanisms 23B and 33B.
  • the arm robot 1B includes a second drive unit 21B having a wave gear mechanism 23B and a third drive unit 31B having a wave gear mechanism 33B.
  • the second motor 22 is disposed in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the second arm 20.
  • the wave gear mechanism 23B is configured as a harmonic drive (registered trademark) including a wave generator 24B, a flex spline 25B, and a circular spline 26B.
  • the wave generator 24B is a component in which a thin ball bearing is combined with the outer periphery of an elliptical cam.
  • the flex spline 25B is a thin cup-shaped metal elastic body, and is a component in which teeth are carved on the outer periphery of the opening.
  • the circular spline 26B is a rigid ring-shaped part, and has fewer teeth on the inner periphery than the flexspline 25B.
  • the explanation of the wave gear mechanism 33B is omitted because it is the same as the wave gear mechanism 23B.
  • the second arm 20 and the third support unit 30 that support the first arm 10 can sufficiently ensure the operation accuracy.
  • the arm robot 1B may include a wave gear mechanism in either the second arm 20 or the third support unit 30.
  • the belt 17 is a carbon belt, but is not particularly limited thereto, and may be a belt formed of a material other than carbon.
  • the tip portion 50 is mounted with the collecting member 53 that collects an article, but is not particularly limited to the one that collects an article as long as it is processed with respect to the article.
  • the imaging unit 54 is provided at the distal end portion 50.
  • the imaging unit 54 is not particularly limited thereto, and the imaging unit 54 may not be provided. Also in this arm robot, the tip side working with respect to the work target is more compact, and sufficient operation accuracy can be secured.
  • the bevel gear mechanism of the second drive unit 21 and the third drive unit 31 is a spiral bevel gear, but it may be a bevel gear that is not a spiral bevel.
  • the bevel gear mechanism 23 is a bevel gear mechanism in which the pinion 24 and the first gear 25 are offset, but may not be offset.
  • the distal end side that works on the work target is more compact and can sufficiently secure the operation accuracy.
  • the first arm 10 and the second arm 20 are provided.
  • the present invention is not particularly limited to this, and a third arm, a fourth arm, or the like may be provided.
  • the third arm can also be provided with a bevel gear mechanism and a wave gear mechanism.
  • the present invention can be used in the technical field of apparatuses that perform processing such as collection and arrangement of articles.
  • 1, 1B arm robot 10 1st arm, 11 1st drive unit, 12 1st motor, 13 shaft, 14 ball screw, 15 1st pulley, 16 2nd pulley, 17 belt, 18 slide, 19 brake unit, 20th 2 arms, 21 and 21B second drive unit, 22 second motor, 23 bevel gear mechanism, 23B wave gear mechanism, 24 pinion, 24B wave generator, 25 first gear, 25B flex spline, 26 second gear, 26B circular spline , 30 3rd support part, 31 and 31B 3rd drive part, 32 3rd motor, 33 bevel gear mechanism, 33B wave gear mechanism, 40 pedestal part, 41 support shaft, 50 tip part, 51 base part, 51a arrangement part, 52 mounting part, 53 sampling member, 54 imaging unit, 55 irradiation part 56 imaging unit, 58 drive unit, 60 control unit.

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Abstract

アームロボット(１)は、作業対象の物品に対して作業する先端部(５０)と、第１モータの軸方向に軸が配設されたボールネジと先端部(５０)が配設されたプーリとプーリに掛け渡され第１モータ及びボールネジを内包しボールネジに接続されて第１モータの軸方向に移動するベルトとを有し先端部(５０)を回動駆動する第１駆動部(１１)が配設された第１アーム(１０)と、第２モータの駆動力を直交減速し第１アーム(１０)が配設されたかさ歯車機構又は第２モータの駆動力を楕円と真円との差動により減速する波動歯車機構のいずれかを有し第１アーム(１０)を回動駆動する第２駆動部(２１)が配設された第２アーム(２０)とを備える。

Description

アームロボット
　本発明は、アームロボットに関する。
　従来、アームロボットとしては、例えば、第２手首要素を駆動する動力伝達部が、直交減速するギアセットと第２手首用モータとを備え、先端部である第３手首要素を駆動する動力伝達部が、直交減速するギアセットと第３手首用モータの回転を減速する第３減速部とを有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このアームロボットでは、動力の伝達効率の低下を抑えることができるとしている。また、アームロボットとしては、モータとボールネジとベルトとを有する機構によりアームを回転させるものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このロボットでは、アームの回転を構造の簡単な減速機により制御することができるとしている。
特開２０１４－２１３４３７号公報 特開平６－１５５８７号公報
　しかしながら、この特許文献１に記載されたアームロボットでは、伝達効率の低下を抑えるとしているが、アームが太く、アームのコンパクト化を更に図ることが望まれていた。また、特許文献２に記載されたアームロボットは、ベルト機構により簡単な構造で減速するものとしているが、すべてのアームをベルト機構で駆動するため、ベルト機構の伸びなど回転駆動時にずれが生じることがあり、先端部に至るまでずれが積み重なり十分な動作精度を確保することができなかった。
　本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、作業対象に対して作業する先端側はよりコンパクトで且つ動作精度を十分に確保することができるアームロボットを提供することを主目的とする。
　本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
　本発明のアームロボットは、
　作業対象の物品に対して作業する先端部と、
　第１モータと、前記第１モータの軸方向に軸が配設されたボールネジと、前記先端部が配設されたプーリと、前記プーリに掛け渡され前記第１モータと前記ボールネジとを内包し該ボールネジに接続されて前記第１モータの軸方向に移動するベルトとを有し前記先端部を回動駆動する第１駆動部が配設された第１アームと、
　第２モータと、前記第２モータの駆動力を直交減速し前記第１アームが配設されたかさ歯車機構又は前記第２モータの駆動力を楕円と真円との差動により減速する波動歯車機構のいずれかを有し前記第１アームを回動駆動する第２駆動部が配設された第２アームと、
　を備えたものである。
　このアームロボットは、先端側の第１アームにはモータやボールネジが内包されたベルトにより回動駆動する第１駆動部を備えているため、第１アームをより細く形成することが可能である。また、第１アームを配設した第２アームには、直交減速すると共に、回動軸方向にコンパクト化を図ることができるかさ歯車機構を有する第２駆動部を備えているため、コンパクト化を図ると共に動作精度を確保することができる。あるいは、第１アームを配設した第２アームには、楕円と真円との差動により減速する波動歯車機構を有する第２駆動部を備えているため、コンパクト化を図ると共に動作精度を確保することができる。このため、このアームロボットでは、作業対象に対して作業する先端側はよりコンパクトで且つ動作精度を十分に確保することができる。
　本発明のアームロボットにおいて、前記ベルトは、カーボンベルトであるものとしてもよい。このアームロボットでは、カーボンベルトを用いることにより、第１アームの動作精度をより確保することができる。このカーボンベルトは、樹脂（例えば高強度ウレタンや高強度ナイロンなど）の内部にカーボン芯線を備えたものとしてもよい。
　本発明のアームロボットにおいて、前記先端部は、前記物品を吸着採取する採取部材、前記物品を把持採取する採取部材のうちいずれかが配設されているものとしてもよい。このアームロボットでは、物品を吸着採取又は把持採取することができる。
　本発明のアームロボットにおいて、前記先端部には、前記作業対象に対して光を照射する照射部と該作業対象を撮像する撮像部とが配設されているものとしてもよい。このアームロボットでは、照射部及び撮像部により作業対象を確認しながら作業を行うことができる。
　本発明のアームロボットにおいて、前記第２アームは、第３モータの駆動力を直交減速するかさ歯車機構又は第３モータの駆動力を楕円と真円との差動により減速する波動歯車機構のいずれかを有し前記第２アームを回動駆動する第３駆動部に配設されているものとしてもよい。このアームロボットでは、第２アームを配設した部分においても、コンパクト化を図ると共に動作精度を確保することができる。
　本発明のアームロボットにおいて、前記第１駆動部は、前記第１モータの軸と前記ボールネジの軸とが直結されているものとしてもよい。このアームロボットでは、第１モータとボールネジとの間にギアなどを介さないため、よりコンパクト化を図ることができる。また、本発明のアームロボットにおいて、前記第１駆動部は、前記第１モータにブレーキ部を備えているものとしてもよい。このアームロボットでは、停止時にブレーキ部により固定できるため、先端部の移動を防止することができる。
アームロボット１の概略説明図。 第１アーム１０が備える第１駆動部１１の説明図。 第２アーム２０が備える第２駆動部２１の説明図。 アームロボット１の電気的な接続関係を表すブロック図。 別のアームロボット１Ｂの概略説明図。
　本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本発明の一例であるアームロボット１の概略説明図である。図２は、第１アーム１０が備える第１駆動部１１の説明図である。図３は、第２アーム２０が備える第２駆動部２１の説明図である。図４は、アームロボット１の電気的な接続関係を表すブロック図である。なお、アームロボット１は全方位に可動するため、固定される特定の方向はないが、説明の便宜のため、左右方向（Ｘ軸）、前後方向（Ｙ軸）及び上下方向（Ｚ軸）は、図１、２に示した通りとして以下説明する。
　このアームロボット１は、作業対象の物品に対して所定の作業を行う装置として構成されている。作業対象の物品は、特に限定されないが、例えば、機械部品、電気部品、電子部品、化学部品など各種の部品のほか、食品、バイオ、生物関連の物品などが挙げられる。また、所定の作業としては、例えば、初期位置から所定位置まで採取、移動、配置する処理や、所定の部位に対して変形、接続、接合させる処理などが挙げられる。アームロボット１は、電子部品を初期位置から所定位置へ配置させる処理を主として実行するものとして以下説明する。
　アームロボット１は、第１アーム１０と、第２アーム２０と、第３支持部３０と、台座部４０と、先端部５０と、制御部６０と（図４参照）を備えている。
　第１アーム１０は、作業対象の物品に対して作業する先端部５０が配設された長手部材である。第１アーム１０は、その内部に、先端部５０を回動駆動する第１駆動部１１が配設されている。第１駆動部１１は、図２、４に示すように、第１モータ１２と、軸１３と、ボールネジ１４と、第１プーリ１５と、第２プーリ１６と、ベルト１７と、スライド１８とを備えている。第１モータ１２は、先端部５０を回動駆動する動力源であり、第１アーム１０の長手方向（図１、２の前後方向）にその回転軸が配設されている。この第１モータ１２の後端には、ブレーキ部１９が配設されており、第１モータ１２への電力供給が停止した状態でも、ブレーキ部１９により、回転軸の回転が固定される。ボールネジ１４は、第１モータ１２の回転軸方向に軸１３が配設されたものであり、軸１３の回転に伴ってスライド１８が前後方向へ移動する。軸１３は、第１モータ１２の回転軸と直結されている。第１アーム１０は、先端部５０が配設された第１プーリ１５が先端側に配設され、第２プーリ１６が後端側に配設されている。この第１プーリ１５及び第２プーリ１６は、第１アーム１０の筐体に、軸回転可能に軸支されている。第１プーリ１５には、先端部５０の基部５１が、第１アーム１０に対して回動可能に配設されている。
　ベルト１７は、第１プーリ１５及び第２プーリ１６に掛け渡されている。ベルト１７は、動作精度を確保する観点から、伸び縮みしにくい材質で形成されていることが好ましい。このベルト１７は、カーボンベルトであるものとしてもよい。カーボンベルトは、例えば、樹脂（例えば高強度ウレタンや高強度ナイロンなど）の内部にカーボン芯線を備えたものとしてもよい。このベルト１７には、ボールネジ１４に接続されたスライド１８が固定されている。第１駆動部１１は、第１モータ１２により軸１３が回転駆動されると、ボールネジ１４を介してスライド１８が軸１３前後方向に移動する。また、第１駆動部１１は、スライド１８が前後方向に移動するとベルト１７が前後方向に摺動し、このベルト１７の直線移動が第１プーリ１５を介して回転運動に変換され、先端部５０を回動させる。ベルト１７は、第１プーリ１５と第２プーリ１６とに掛け渡された内部に、第１モータ１２、軸１３及びボールネジ１４を内包している。このため、第１アーム１０は、第１モータ１２やボールネジ１４などをベルト１７の外部に設けるものに比してコンパクト化されている。
　第２アーム２０は、図１に示すように、第１アーム１０が配設された長手部材である。第２アーム２０は、その先端側に第１アーム１０を回動駆動する第２駆動部２１が配設されている。第２駆動部２１は、第１アーム１０が配設されたかさ歯車機構２３を備えている。かさ歯車機構２３は、図３に示すように、第２モータ２２の駆動力を直交減速するギア機構である。かさ歯車機構２３は、まがりばかさ歯車（スパイラルベベルギア）のピニオン２４と、ピニオン２４のまがりばに噛み合う歯が形成された第１歯車２５と、第１歯車２５の軸に設けられた歯に噛み合う第２歯車２６とを有している。ピニオン２４は、第２モータ２２の回転軸に固定されており、回転軸に直交する方向に軸支された第１歯車２５へ駆動力を伝える。かさ歯車機構２３は、ピニオン２４と第１歯車２５とがオフセットされたかさ歯車機構であることがより好ましい。これらのギアがオフセットされることにより、よりコンパクト化を図ることができる。第２歯車２６には第１アーム１０が配設されており、第１歯車２５の駆動力により第１アーム１０が回動駆動される。第２アーム２０は、第２モータ２２の軸方向を長手方向とし、かさ歯車機構２３を備えることにより、その内部に第２モータ２２を収容する。
　第３支持部３０は、第２アーム２０が配設されている。第３支持部３０は、その先端側に、第２アーム２０を回動駆動する第３駆動部３１が配設されている。第３駆動部３１は、第２アーム２０が配設されたかさ歯車機構３３と、かさ歯車機構３３を駆動する第３モータ３２とを備えている。第３モータ３２は、第２モータ２２に比して大きな定格出力を有するものである。かさ歯車機構３３は、かさ歯車機構２３と同様の機構であるものとして、その説明を割愛する。
　台座部４０は、上下方向に形成された支持軸４１を介して第３支持部３０を支持する。台座部４０には、モータが配設されており、このモータにより、支持軸４１が回転する。
　先端部５０は、作業対象の物品に対して作業するものである。先端部５０は、図１，２に示すように、基部５１と、装着部５２と、採取部材５３と、撮像ユニット５４と、駆動部５８とを備えている。基部５１は、第１アーム１０の第１プーリ１５に配設されており、その先端側に平板状の配設部５１ａが形成されている。配設部５１ａの下面には、装着部５２と撮像ユニット５４とが配設されている。装着部５２は、物品を採取する採取部材５３が取り外し可能に装着される。採取部材５３は、例えば、複数の爪部を有し物品を把持採取するメカニカルチャックとして構成されている。採取部材５３は、駆動部５８により駆動され、装着部５２と共に回転し、爪部の開放閉塞など物品の把持動作を行う。この採取部材５３は、例えば、圧力により物品を吸着採取する吸着ノズルとしてもよい。なお、基部５１は、配設部５１ａの方向を変更可能な可動軸を有し、採取部材５３の方向を上下方向に回動可能に構成してもよい。撮像ユニット５４は、照射部５５と、撮像部５６とを備える。照射部５５は、例えば、撮像部５６の外周に円状に配設された照明であり、作業対象の物品及び作業対象の周りに対して光を照射する。撮像部５６は、作業対象の物品及び作業対象の周りを撮像するカメラである。撮像ユニット５４は、撮像した画像データを制御部６０へ出力する。
　制御部６０は、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、装置全体を制御する。この制御部６０は、第１モータ１２や第２モータ２２、第３モータ３２、駆動部５８へ信号を出力する。また、制御部６０は、撮像ユニット５４からの信号を入力する。なお、第１駆動部１１、第２駆動部２１、第３駆動部３１には図示しない位置センサが装備されており、制御部６０はそれらの位置センサからの位置情報を入力しつつ、各駆動部のモータを制御する。アームロボット１では、制御部６０が撮像ユニット５４による撮像画像を用いて作業対象の物品の位置や方向などを把握し、この物品に対して所定の処理を行う。このアームロボット１では、物品に対してより正確な処理（採取処理や配置処理）を行うことができる。
　アームロボット１は、第１アーム１０、第２アーム２０及び第３支持部３０ができるだけ幅方向（左右方向）のコンパクト化を図るよう作成されている。アームロボット１は、ベルト駆動方式の第１駆動部１１を採用することによって、第１アーム１０を軽量化すると共に、より細く形成している。例えば、第１アーム１０の幅Ｌ１（図１）は、６０ｍｍ以下で形成されることができ、５０ｍｍ以下に形成されることもできる。第１アーム１０は、配線を除く幅が５０ｍｍ以下に形成されることができ、４０ｍｍ以下に形成されることもできる。また、アームロボット１は、かさ歯車機構の第２駆動部２１及び第３駆動部３１を採用することによって、先端側の質量を保持可能な出力及び位置精度を確保し、且つコンパクト化を図るものとしている。例えば、第２アーム２０の幅Ｌ２は、１００ｍｍ以下で形成されることができ、９０ｍｍ以下に形成されることもできる。第２アーム２０は、配線を除く幅が９０ｍｍ以下に形成されることができ、８０ｍｍ以下に形成されることもできる。また、第３支持部３０の幅Ｌ３は、７０ｍｍ以下で形成されることができ、６０ｍｍ以下に形成されることもできる。なお先端部５０は、その幅Ｌ０が４０ｍｍで形成することができる。また、台座部４０は、その幅Ｌ４が１５０ｍｍ以下で形成することができる。なお、アームロボットは、すべてのアームをベルト駆動方式の駆動部とすると、ベルトのたわみなどが積算され、先端での位置精度を確保しにくい。また、アームロボットは、すべてのアームを歯車機構の駆動部とすると、先端での幅が大きくなりコンパクト化を図りにくく、微細な作業を行いにくい。
　ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の先端部５０が先端部に相当し、第１アーム１０が第１アームに相当し、第１駆動部１１が第１駆動部に相当し、第２アーム２０が第２アームに相当し、第２駆動部２１が第２駆動部に相当し、第３駆動部３１が第３駆動部に相当する。
　以上説明した本実施形態のアームロボット１では、先端側の第１アーム１０には第１モータ１２やボールネジ１４が内包されたベルト１７により回動駆動する第１駆動部１１を備えているため、第１アーム１０をより細く形成することが可能であり、力とスピードを兼ね備えたものとすることができる。また、第１アーム１０を配設した第２アーム２０には、直交減速すると共に、回動軸方向にコンパクト化を図ることができるかさ歯車機構２３を有する第２駆動部２１を備えているため、コンパクト化を図ると共に動作精度を確保することができる。このため、アームロボット１では、作業対象に対して作業する先端側の第１アーム１０はよりコンパクトで且つ軽量であり、この第１アーム１０を支える第２アーム２０や第３支持部３０では動作精度を十分に確保することができる。
　また、アームロボット１は、ベルト１７がカーボンベルトであるため、伸び縮みがより少なく、第１アーム１０の動作精度をより確保することができる。更に、アームロボット１は、先端部５０には、物品を把持採取する採取部材５３が配設されているため、物品を把持採取することができる。更にまた、アームロボット１は、先端部５０には、作業対象に対して光を照射する照射部５５と作業対象を撮像する撮像部５６とが配設されているため、作業対象を確認しながら作業を行うことができる。そして、アームロボット１は、かさ歯車機構３３を有する第３駆動部３１を備えるため、第２アーム２０を配設した部分においても、コンパクト化を図ると共に動作精度を確保することができる。
　また、第１駆動部１１は、第１モータ１２の回転軸とボールネジ１４の軸１３とが直結されているため、第１モータ１２とボールネジ１４との間にギアなどを介さず、よりコンパクト化を図ることができる。また、第１駆動部１１は、第１モータ１２にブレーキ部１９を備えており、停止時にブレーキ部１９により固定できるため、電力供給停止時において、先端部５０の移動を防止することができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
　例えば、上述した実施形態では、第２駆動部２１や第３駆動部３１は、かさ歯車機構を備えるものとしたが、これに代えて波動歯車機構を備えるものとしてもよい。図５は、波動歯車機構２３Ｂ，３３Ｂを備えた別のアームロボット１Ｂの概略説明図である。アームロボット１Ｂは、波動歯車機構２３Ｂを有する第２駆動部２１Ｂと、波動歯車機構３３Ｂを有する第３駆動部３１Ｂとを備えている。なお、波動歯車機構２３Ｂでは、第２モータ２２が第２アーム２０の長手方向に直交する方向に配設される。波動歯車機構２３Ｂは、ウェーブジェネレータ２４Ｂと、フレクスプライン２５Ｂと、サーキュラスプライン２６Ｂとを備えたハーモニックドライブ（登録商標）として構成されている。ウェーブジェネレータ２４Ｂは、楕円状カムの外周に薄肉のボールベアリングを組み合わせた部品である。フレクスプライン２５Ｂは、薄肉カップ状の金属弾性体であり、開口部の外周に歯が刻まれている部品である。サーキュラスプライン２６Ｂは、剛体リング状の部品であり、内周にフレクスプライン２５Ｂよりも少ない歯が刻まれている。波動歯車機構３３Ｂは、波動歯車機構２３Ｂと同様の機構であるものとしてその説明を省略する。このアームロボット１Ｂでは、波動歯車機構を用いることにより、第１アーム１０を支える第２アーム２０や第３支持部３０では動作精度を十分に確保することができる。なお、アームロボット１Ｂは、第２アーム２０と第３支持部３０のいずれかに波動歯車機構を備えるものとしてもよい。
　上述した実施形態では、ベルト１７は、カーボンベルトであるものとしたが、特にこれに限定されず、カーボン以外の材質で形成したベルトとしてもよい。
　上述した実施形態では、先端部５０は、物品を採取する採取部材５３が装着されるものとしたが、物品に対して処理するものであれば、特に物品を採取するものに限定されない。
　上述した実施形態では、先端部５０に撮像ユニット５４を備えるものとしたが、特にこれに限定されず、撮像ユニット５４を備えないものとしてもよい。このアームロボットにおいても、作業対象に対して作業する先端側はよりコンパクトで且つ動作精度を十分に確保することができる。
　上述した実施形態では、第２駆動部２１や第３駆動部３１のかさ歯車機構は、まがりばかさ歯車としたが、まがりばでないすぐばかさ歯車としてもよい。また、かさ歯車機構２３は、ピニオン２４と第１歯車２５とをオフセットしたかさ歯車機構としたが、オフセットしないものとしてもよい。このアームロボット１では、作業対象に対して作業する先端側はよりコンパクトで且つ動作精度を十分に確保することができる。なお、かさ歯車機構３３も同様である。
　上述した実施形態では、第１アーム１０と第２アーム２０とを備えるものとしたが、特にこれに限定されず、第３アームや第４アームなどを備えるものとしてもよい。この第３アームにおいても、かさ歯車機構や波動歯車機構を備えるものとすることができる。
　本発明は、物品を採取、配置などの処理を行う装置の技術分野に利用可能である。
１，１Ｂ　アームロボット、１０　第１アーム、１１　第１駆動部、１２　第１モータ、１３　軸、１４　ボールネジ、１５　第１プーリ、１６　第２プーリ、１７　ベルト、１８　スライド、１９　ブレーキ部、２０　第２アーム、２１，２１Ｂ　第２駆動部、２２　第２モータ、２３　かさ歯車機構、２３Ｂ　波動歯車機構、２４　ピニオン、２４Ｂ　ウェーブジェネレータ、２５　第１歯車、２５Ｂ　フレクスプライン、２６　第２歯車、２６Ｂ　サーキュラスプライン、３０　第３支持部、３１，３１Ｂ　第３駆動部、３２　第３モータ、３３　かさ歯車機構、３３Ｂ　波動歯車機構、４０　台座部、４１　支持軸、５０　先端部、５１　基部、５１ａ　配設部、５２　装着部、５３　採取部材、５４　撮像ユニット、５５　照射部、５６　撮像部、５８　駆動部、６０　制御部。

Claims (5)

  1. 　作業対象の物品に対して作業する先端部と、
    　第１モータと前記第１モータの軸方向に軸が配設されたボールネジと前記先端部が配設されたプーリと前記プーリに掛け渡され前記第１モータ及び前記ボールネジを内包し該ボールネジに接続されて前記第１モータの軸方向に移動するベルトとを有し前記先端部を回動駆動する第１駆動部が配設された第１アームと、
    　第２モータと前記第２モータの駆動力を直交減速し前記第１アームが配設されたかさ歯車機構又は前記第２モータの駆動力を楕円と真円との差動により減速する波動歯車機構のいずれかを有し前記第１アームを回動駆動する第２駆動部が配設された第２アームと、
    　を備えたアームロボット。
  2. 　前記ベルトは、カーボンベルトである、請求項１に記載のアームロボット。
  3. 　前記先端部は、前記物品を吸着採取する採取部材、前記物品を把持採取する採取部材のうちいずれかが配設されている、請求項１又は２に記載のアームロボット。
  4. 　前記先端部には、前記作業対象に対して光を照射する照射部と該作業対象を撮像する撮像部とが配設されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のアームロボット。
  5. 　前記第２アームは、第３モータの駆動力を直交減速するかさ歯車機構又は第３モータの駆動力を楕円と真円との差動により減速する波動歯車機構のいずれかを有し前記第２アームを回動駆動する第３駆動部に配設されている、請求項１～４のいずれか１項に記載のアームロボット。
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